Talin is een eiwit dat cellulaire hechting en beweging regelt, maar het slecht functioneren ervan zorgt er ook voor dat kankercellen zich kunnen verspreiden. DCL1 is een tumoronderdrukkend eiwit. Maar wetenschappers begrijpen niet helemaal hoe beide eiwitten werken - of wat er gebeurt als ze niet werken zoals ze zouden moeten.

Eén ding weten wetenschappers wel:wanneer het in een cel aanwezig is, kan DCL1 interageren met talin en misschien interfereren met het vermogen van talin om cellen samen te groeperen. Als wetenschappers de exacte stappen in het proces kenden, zouden ze mogelijk een behandelingsoptie kunnen identificeren om te voorkomen dat kanker uitzaait.

Om antwoorden te vinden, gebruikte een team van onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee een uniek hulpmiddel dat ze hadden gebouwd om de exacte mechanische krachten toe te passen die op talin in het lichaam inwerken, waardoor een proces begon dat eiwitontvouwing wordt genoemd en dat nodig is om het eiwit te laten presteren. zijn functie.

Met de tool, 'magnetische pincet met één molecuul' genaamd, hebben de wetenschappers intracellulaire mechanische krachten gemeten en ermee geëxperimenteerd in het laboratorium, zodat ze kunnen vinden wat er met talin gebeurt wanneer DCL1 zowel aanwezig als niet in de cel aanwezig is.

Ze hebben een uniek gedrag van talin ontdekt, veroorzaakt door mechanische krachten, dat een sterke interactie vertoont die het antitumoreffect van DLC1 kan verklaren wanneer de twee eiwitten binden.

"We weten nog steeds niet precies wat er mis gaat met het functioneren van talin wanneer kankercellen uitzaaien", zegt Ionel Popa, een UWM-professor natuurkunde die het team leidde. "Maar het lijkt erop dat talin een rol speelt bij het activeren van de verspreiding van cellen wanneer de tumoronderdrukkende DCL1 ontbreekt. En wanneer DCL1 zich bindt aan talin, lijkt het te voorkomen dat talin de celverspreiding activeert."

Het werk is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances .

Zoals alle eiwitten vormt talin een specifieke driedimensionale vorm die zijn functie definieert. Het staat bekend als eiwitvouwing en is een van de meest complexe processen in de natuur, en als het vouwen misgaat, leidt dit vaak tot ziekte. Popa's laboratorium onderzoekt krachten die de eiwitvouwing beïnvloeden, wat kan leiden tot nieuwe behandelingen voor ziekten die beginnen wanneer eiwitten zich verkeerd vouwen.

Voor sommige eiwitten, waaronder talin, zijn mechanische krachten binnen en buiten de cel nodig om het eiwit de vorm te geven die zijn functie ontgrendelt. In de cellen zorgen mechanische krachten ervoor dat talin zich ontvouwt, waardoor receptoren worden onthuld waar andere eiwitten zich kunnen binden om de benodigde berichtverbindingen te vormen.

"Het proces is als een mechanische computer omdat het berekent hoeveel kracht er nodig is om alle verbindingen tot stand te brengen," zei Popa. "Deze krachten vertellen de cel wat er omheen gebeurt."

De cel produceert verschillende liganden, die mechanische krachten omzetten in chemische signalen wanneer ze aan een eiwit binden. En de mechanische fijnafstemming door deze liganden, waaronder DCL1, maakte de onderzoekers in het begin zo geïnteresseerd in talin.

De locatie, of het domein, waar DCL1 bindt met taline heeft het hoogste aantal liganden dat beschikbaar is van alle bindingsstations op het eiwit. In feite gaan berichten zowel binnen als buiten de cel door, omdat liganden helpen bij het orkestreren van de taak. Door het krachtmechanisme van het vouwen te correleren en te meten, hebben de onderzoekers dit proces in meer detail kunnen bestuderen.

Hoe het pincet kan 'zien'

Wetenschappers wisten al dat DCL1 zich aan slechts één bepaald domein op het talin-eiwit bindt. De UWM-onderzoekers onthulden hoe:als reactie op een uitgeoefende kracht, talin zich ontvouwt en opnieuw vouwt, waardoor een structuur wordt gevormd waarin DCL1 bijna onomkeerbaar bindt.

"We verzamelden de gegevens van het talinmolecuul terwijl het zich ontvouwde en opnieuw vouwde, en voegden vervolgens DCL1 toe om te zien hoe het veranderde," zei Popa. "Eerder onderzoek wees op een zwakke interactie, wat suggereert dat dit waarschijnlijk niet de oorzaak is van de suppressorcapaciteiten van DCL1. Maar toen we het testten, ontdekten we het tegenovergestelde:het resulterende molecuul wordt superstabiel."

Met het magnetische pincet konden de onderzoekers metingen doen aan een eiwitmolecuul van slechts enkele nanometers groot. Nadat ze het hebben vastgemaakt tussen een glazen oppervlak en een paramagnetische kraal, meten de onderzoekers de positie van de paramagnetische kraal aan een vrij bewegend uiteinde van het molecuul, en die van een niet-magnetische kraal, vastgelijmd aan hetzelfde oppervlak als het andere uiteinde van het eiwit. Vervolgens passen ze een magnetische kracht toe, waarbij ze de exacte mechanische verstoringen nabootsen die op een eiwit in het lichaam worden uitgeoefend, en meten het ontvouwen en opnieuw vouwen om te begrijpen hoe de structuur verandert.

Met het magnetische pincet kunnen de onderzoekers het effect van die krachten onderzoeken over dagen in plaats van minuten, vergelijkbaar met hun tijdlijnen in het lichaam.

De rol van hormonen

De activering van talin tijdens celverspreiding en weefselopbouw wordt gecontroleerd door hormonen. In deze fase ondergaat het eiwit cycli van uitrekken en binden met andere eiwitten. Mechanische krachten spelen een rol naarmate er meer eiwitten bij het proces komen.

Om taline te activeren, moet het naar het celmembraan worden gebracht door boodschappers die vanuit het celcytoskelet een signaal afgeven aan de extracellulaire matrix, de omgeving waarin de cellen zijn ingebed.

Popa's team volgde het effect van DCL1 in dit proces.

"Tijdens deze door hormonen aangedreven 'inside-out'-activering, als DLC1 zich ook bindt aan taline, zal die rekrutering naar het membraan niet mogelijk zijn," zei hij. "Elk van de stappen die de celverspreiding regelen, kan door kankercellen worden gekaapt om metastatisch te worden. In sommige gevallen wordt DLC1 volledig onderdrukt."

Ontbrekende of defecte DCL1 is misschien niet de enige factor in de verspreiding van kanker, zei Popa. Maar het werk illustreert het alternatieve gedrag van eiwitten onder dwang en wijst op een richting voor verder onderzoek voor deze eiwitinteractie als een potentieel doelwit voor kankermedicijnen.